Tratamento biológico da água eficiente e estável

Nos processos biológicos de tratamento de águas residuais, os microrganismos assumem a tarefa central de decompor os compostos orgânicos e azotados. Para que estes microrganismos trabalhem eficazmente, necessitam não só dos principais nutrientes carbono (C), azoto (N) e fósforo (P), mas também de um grande número de oligoelementos. Estes incluem o ferro, o cobre, o zinco, o cobalto, o níquel, o molibdénio e o manganês.

Estes oligoelementos actuam como cofactores de enzimas responsáveis por funções metabólicas fundamentais:

• Nitrificação: Enzimas como a monooxigenase do amónio ou a oxidoredutase do nitrito necessitam de cobre, ferro e níquel.

• Desnitrificação: O molibdénio e o ferro, entre outros, são essenciais para a redução do nitrato a azoto gasoso.

• Degradação da CQO: Muitas enzimas que decompõem os compostos orgânicos de carbono são dependentes de metais.

Se estes oligoelementos estiverem em falta ou não estiverem presentes numa forma biodisponível, isso conduz a:

• Diminuição da atividade biológica,

• valores de descarga instáveis (por exemplo, aumento do amónio ou da CQO),

• aumento da acumulação de lamas e perturbações como o crescimento de filamentos,

• No pior dos casos, isto pode levar a um colapso do processo biológico.

Por isso, a ALMA AQUA desenvolve soluções personalizadas de substâncias vestigiais que são precisamente adaptadas às respectivas caraterísticas das águas residuais. Desta forma, os défices são eliminados e a biologia funciona de forma estável e eficiente.

As águas residuais industriais diferem muito na sua composição. As águas residuais da indústria de lacticínios, por exemplo, contêm muito azoto, mas muitas vezes poucos oligoelementos. As águas residuais da indústria do papel, por outro lado, podem ser ricas em carbono orgânico, mas carecem de metais importantes. Os produtos normalizados não podem refletir estas diferenças.

É por isso que a ALMA AQUA está a seguir o caminho da individualização:

1. Análise do processo: Análise pormenorizada da água de entrada e de saída, bem como da biomassa. São determinados os principais nutrientes, o teor de oligoelementos e possíveis inibidores.

2. Testes biológicos: medição das taxas de respiração, desempenho da nitrificação, taxa de desnitrificação e diagnóstico microscópico das lamas.

3. Derivação da necessidade: Identificação de factores limitantes - por exemplo, deficiência de ferro em nitrificadores ou deficiência de cobalto em desnitrificadores.

4. Formulação: Desenvolvimento de uma solução precisamente equilibrada de substâncias vestigiais que compense os défices sem risco de sobredosagem ou de reacções secundárias desfavoráveis.

5. Pilotagem: Teste da receita em funcionamento e adaptação com base nos resultados.

O resultado é uma solução personalizada que proporciona ao operador uma biologia estável, valores de descarga fiáveis e, frequentemente, custos de funcionamento mais baixos.

Se a biologia não for fornecida de forma óptima, isto manifesta-se em problemas operacionais típicos. Estes podem ser evitados especificamente com conceitos de substâncias vestigiais e nutrientes.

Avarias frequentes com deficiência:

• Formação de espuma: Devido ao crescimento excessivo de bactérias filamentosas, que ficam fora de controlo se o fornecimento de nutrientes for desequilibrado.

• Formação de odores: O sulfureto de hidrogénio (H₂S) é formado quando a desnitrificação pára e os redutores de sulfato dominam.

• Valores de descarga instáveis: Excedências de amónio, CQO ou nitrato devido à falta de atividade enzimática.

• Excesso de lamas: Um metabolismo ineficiente leva a mais biomassa com a mesma degradação do substrato.

Contramedidas direcionadas:

• Análises regulares dos processos para identificar os défices numa fase inicial.

• Dosagem de azoto, fósforo e oligoelementos orientada para a procura.

• Soluções personalizadas para substâncias vestigiais que são adaptadas com precisão ao processo.

• Monitorização contínua de parâmetros-chave como o amónio, o nitrato, o índice de lamas ou o consumo de oxigénio.

Isto evita avarias a longo prazo e garante um funcionamento estável - mesmo com cargas variáveis.

Uma biologia eficiente requer menos energia externa e produz menos subprodutos. O fornecimento orientado de oligoelementos e nutrientes tem, portanto, um efeito direto nos custos operacionais:

• Poupança de energia: Os microrganismos com um fornecimento completo de oligoelementos trabalham de forma mais eficiente. Requerem menos oxigénio para a mesma degradação do substrato, o que reduz a potência do arejador, que é normalmente a causa do maior consumo de energia nas estações de tratamento de águas residuais.

• Redução do consumo de lamas: As vias metabólicas optimizadas evitam o excesso de biomassa. Menos lamas em excesso significa menos custos de eliminação.

• Processos estáveis: Menos medidas de emergência, frequências mais baixas de CIP/enxaguamento e nenhum tempo de paragem não planeado reduzem o OPEX.

• Maior eficiência da instalação: Um processo biológico estável reduz a necessidade de tratamento a jusante e garante o cumprimento permanente dos limites de descarga.

A combinação de análise de processos e soluções de substâncias vestigiais desenvolvidas individualmente significa que as estações de tratamento de águas residuais biológicas podem não só ser operadas de forma mais estável, mas também de forma mais económica e sustentável.

A nitrificação - ou seja, a conversão de amónio (NH₄⁺) em nitrato (NO₃-) - é realizada por bactérias especiais (Nitrosomonas, Nitrobacter). Estes organismos são sensíveis a deficiências de oligoelementos porque as suas enzimas chave são dependentes de metais.

Oligoelementos importantes para a nitrificação:

• Cobre (Cu): Componente da monooxigenase do amónio.

• Ferro (Fe): Necessário para a nitrito oxidoredutase.

• Níquel (Ni): Essencial para a urease e as hidrogenases, que actuam frequentemente em paralelo.

• Cobalto (Co) e molibdénio (Mo): Envolvidos na desnitrificação e em sistemas redox.

Sinais de deficiência:

• Aumento do amónio no efluente apesar de um arejamento suficiente.

• Degradação lenta dos nitritos (acumulação de NO₂-).

• Maior consumo de oxigénio sem degradação correspondente do desempenho.

• Microscopicamente: formação de flocos fracos e instáveis.

A dosagem direcionada de oligoelementos com base em análises garante que a nitrificação se mantém estável mesmo com cargas elevadas.

As bactérias filamentosas ocorrem frequentemente quando a biologia está desequilibrada. As causas comuns são deficiências de nutrientes, deficiências de oligoelementos ou rácios desequilibrados de C:N:P. Os filamentos dão origem a espuma, lamas volumosas e problemas de drenagem.

Causas do crescimento dos filamentos:

• Deficiência de azoto ou de fósforo em águas residuais ricas em carbono.

• Falta de oligoelementos que limitam o crescimento das bactérias heterotróficas desejadas.

• Gestão operacional desfavorável (por exemplo, baixa idade das lamas, flutuações de oxigénio).

Estratégias de controlo:

• Soluções personalizadas de substâncias vestigiais que promovem especificamente a biomassa desejada.

• Ajustar o fornecimento de nutrientes de modo a manter a relação C:N:P (100:5:1).

• Estabilização da gestão operacional (arejamento, idade das lamas, caudal de retorno).

Com o fornecimento correto de oligoelementos, os operadores podem controlar as condições de crescimento de forma a que os filamentos sejam empurrados para trás e sejam promovidos flocos estáveis.

Nos processos anaeróbios, as bactérias e as archaea convertem a matéria orgânica em metano e dióxido de carbono. Estes consórcios são altamente sensíveis a deficiências de oligoelementos, uma vez que muitas das suas enzimas-chave são dependentes de metais.

Oligoelementos importantes em bactérias anaeróbias:

• Níquel (Ni): Componente da metil-coenzima M redutase, enzima chave na metanogénese.

• Cobalto (Co): Fator importante para as enzimas dependentes de vitamina B₁₂ na clivagem de propionato e acetato.

• Molibdénio (Mo) e tungsténio (W): Necessários para as formiato e hidrogenases.

• Ferro (Fe): Componente de muitas enzimas redox.

Problemas de escassez:

• Aumento das concentrações de propionato ou acetato na lama de fermentação.

• Queda na produção de metano e aumento do teor de CO₂ no biogás.

• Diminuição da acidez e fermentação instável.

As unidades de biogás e as estações de tratamento anaeróbico de águas residuais podem funcionar de forma estável, rica em gás e sem problemas, com um fornecimento direcionado de oligoelementos, adaptado à composição da alimentação e do substrato. A ALMA AQUA desenvolve soluções personalizadas para este efeito, com base numa análise precisa dos substratos e das condições de fermentação.